5.1 工业革命
在最近的250年里，五大新的原动机（prime mover）已经产生出一般称为机器时代（Machine Age）的新时代。18世纪发明了蒸汽机，19世纪创制了水轮机、内燃机和汽轮机，20世纪又有燃气轮机问世。历史学家们往往会杜撰出名言警句来表示历史的运动或潮流。例如，“工业革命”（The Industrial Revolution）这个词就常常用来描述从18世纪初至19世纪下半叶这段时期的发展［1］。这是一场旷日持久的运动，但同时期的物质进步和社会动荡相结合又产生了激动人心的深刻变化，如果考虑到这些非同寻常的日子，应该完全可以称其为革命。
这场革命的源头可以追溯到16世纪，当时重要的技术变革已初见端倪。到18世纪中叶，这些变革得到了推动。但即使到1880年，这场革命在英国以外的其他国家都远未完成，德国甚至到19世纪70年代之前，还不能说已经进入工业阶段。在美国，虽说工业阶段早在19世纪60年代便已开始，但其基础直到世纪更替之时仍不牢固。从经济上来说，工业革命的基本推动因素是17世纪和18世纪海外贸易的显著扩展。新的市场首先出现，新的发明接踵而来。成功的发明家们在他们所处的不断变革的社会为其提供的限度内工作，不经意地获得了新型材料。
工业革命首先在不列颠群岛获得契机，而其结果在苏格兰和英格兰的中部各郡首先变得极为清晰可见，这可以说是由于多种偶然因素促成的。英国通过对海洋的控制，建立了最大的海外市场，拥有工业实验所必需的资本、坚挺的金本位货币、有效的银行系统、稳定的政治和社会环境、丰富的铁矿和煤矿、适合纺织制造的潮湿气候，以及全社会对科学知识的兴趣。经济上的需求由水平日益提高的科学和技术进步来满足。17世纪的许多新科学，从一开始便强调实用目标的重要性。
自斯蒂文（Stevin，1548—1620）和伽利略（Galileo，1564—1642）时代以来，力学科学使人对机器产生了新的理解，尤其是在18世纪，数学开始经常被运用到机器构造的理论和实践中去。在18世纪，还能看到有关材料强度的实验开始出现，这对于应用力学的发展和性能良好的发动机的设计是很有帮助的。精密测量是科学的重要基础，对于一切复杂机械装置的设计和维护，它都起着越来越重要的作用。此外，实用工程技术本身也获得了发展的动力［2］。古代社会虽然由于许多因素——特别是奴隶劳动——使得动力资源一直停留在比较低的水平，但人们还是非常关心对运动的控制和研究（第Ⅱ卷，第17章）。随后的发展涉及的都是规模上而不是原理上的改进，用厄舍（Usher）的话来说，“这些发展也许只不过是已有知识的扩散罢了。很长时间以来，并没有另外的理论知识产生过多少实际的用途。无论如何，轻视开创了对动力的广泛应用的技术变革的重要意义是一个错误。这种变革实质上是机械技术（mechanical technique）的新开端”［3］。
到17世纪中叶，许多人已经清楚地看出，科学和实用工程技术之间的合作是构成技术进步的必要基础。在17世纪和下一个世纪中，专利发明数有明显的增加（图90）。亚当·斯密（Adam Smith，1723—1790）认识到，这些进步不仅是实践工程师们的工作，而且是由“那些善于思考的人们的创造力产生的，他们的任务不是去做任何事情，而是去观察一切事物。因此，常常能把关系最为遥远的全然不同的事物的力量结合在一起”。
图90 发明专利数，1660—1780年。
工业革命的四项基本技术成就是：
1.用机器取代了工具。与赤手空拳相比，这两者都可以使人更为灵巧地进行某些特定的操作。其主要区别在于，工具是依靠人的体力，机器则是依靠某种天然力。这里的机器（machine）这个词是按其18世纪的意义使用的，因为在当时和其后的很长时间里，原动机和其他机器并没有严格的区分。从1875年勒洛（Reuleaux）［4］给出的定义可以很清楚地看到这一点：“机器是一些人为制造的固体零件的组合，借助于机器能够使自然力产生某些明确的运动”。
2.引入新的原动力。新机器需要新的原动力，因为一些比较旧的原动力都有很大的局限性。风是很廉价，但不太可靠，水则受当地条件的限制。但蒸汽就不会受这两项缺点的制约，不受天气和季节的影响。蒸汽机的发明是工业革命的核心标志。
3.普遍适用的原动力。凡有需要的地方，都可以产生蒸汽机动力。这种机动性是机器时代最具特征性的优点，使得许多没有丰富水力资源的国家有可能实现工业化。此外，蒸汽机已经证明能够比早先的原动力产生多得多的动力，因此迟早能把能量输出提高到非常高的水平。
4.工厂成为生产组织的一种新形式。工厂在蒸汽机出现之前就早已有之。早期的纺织厂和钢铁厂都是这种类型的工厂，而不是具有中世纪和较早技术特征的作坊。可是在18世纪，工厂（factory）这个词并不是按照现在的意义来使用的。那时的工厂只不过是一个店铺、一个货栈或一座库房，只是到18世纪末这个词才被用于表示磨坊或机械工厂。磨坊（mill）这个词更为通用，因为在那里首先映入眼帘的机器往往是巨大的水车。16世纪的英格兰，面粉厂以及使用鎯头、风箱的钢铁厂和锻造厂都是依靠水车工作的，首家棉纺厂也不例外。在1844年颁布的《纺织工厂法案》（Textile Factory Act）中，首次在法律上使用了工厂这个词。到1800年，由蒸汽机驱动的密集的机器已成为工业革命的一个特征，但这肯定不是唯一的方式。许多制造活动仍然在作坊里进行着，工业革命中的部分工厂曾经受到过很大压力。
